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界面和界面过程是科学研究的一个重要对象。弄清楚界面的结构以及发生在界面上的各种过程既具有重要的理论价值,同时又为广泛的应用研究提供基础,例如化学传感、除垢、催化、萃取、防腐蚀、各类电池等均涉及界面问题。
本论文采用电化学手段研究了发生在液/液界面以及固/液界面上的一些电子转移过程。主要研究结果如下:
(1)研究了邻硝基苯基辛醚(NPOE)和水形成的界面上的异相电子转移过程。利用扫描电化学显微镜(SECM)的反馈模式测得不同驱动力下NPOE中二甲基二茂铁正离子(DiMFc+)氧化水相中亚铁氰酸根负离子(Fe(CN)4-6),以及二茂铁正离子(Fc+)氧化水相中亚铁氰酸根负离子(Fe(CN)4-6)这些电子转移过程的速率常数。从速率常数-驱动力关系可以得到这些过程的转移系数(α),所得到的值分别为1.09和1.62。对于这些数值大、反常的转移系数,可以通过引入Frumkin效应进行解释。同时分析了以往的研究者所报道的结果,发现Frumkin效应在液/液界面电子转移过程中相当普遍。基于GS(Girault-Schiffrin)模型的推论对液/液两相中的电势分布提出了一个简单的估计方法。
(2)探讨了离子液体中若干电化学活性的分子在硫醇修饰的金电极表面的反应情况。亲水性强的离子(Fe(CN)3-6)难以穿透金电极上疏水的硫醇单分子层,包括它的氧化型和还原型,因而没有电化学信号。与之相反,疏水的分子(二茂铁,TCNQ)可以很容易穿过这一修饰层。氧化型和还原型亲水性有差异的分子/离子(FeCl3)则会因为一个能透过而另一个不能透过,因而在循环伏安扫描和SECM实验中表现出不寻常的电化学行为。微电极伏安实验的结果还显示,FeCl3在离子液体中可能以二聚的形式存在。
(3)测得了离子液体BMIMPF6和1,2.二氯乙烷不同比例混合溶剂中二茂铁和TCNQ的扩散系数。随着离子液体比例增加,混合溶剂粘度增大,电活性物质的扩散系数减小。二茂铁在低离子液体浓度的情况下会在伏安扫描过程中发生电沉积因而导致稳态电流减小,反映了离子液体对FcPF6这样的离子化合物具有比常规的有机溶剂(二氯乙烷)更好的溶解能力。用SECM反馈模式测得了这一混合溶剂中TCNQ-在铂电极表面失电子过程的反应速率常数。结果显示这一速率常数随离子液体的含量增加而减小,反映了溶剂粘度对异相电子转移动力学的影响。文中还讨论了探头的渐进速度对SECM反馈电流的影响,认为这可能是由于离子液体粘度较大因而扩散速率小,在中等的探头渐进速度下,使得扩散速率与探头渐进速度在同一量级因而影响了反馈电流。